DE102004006027B4

DE102004006027B4 - Gelötetes Aluminiumturbinenrad für ein Kraftfahrzeuggetriebe und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102004006027B4
Application number: DE102004006027A
Authority: DE
Inventors: John C. Saline Schultz
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2024-02-07
Also published as: US7014426B2; DE102004006027A1; US20050074334A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines hochfesten Turbinenrades für den Drehmomentwandler eines Kraftfahrzeuggetriebes, umfassend:
Stanzen einer inneren Aluminiumschale (40) mit mehreren Schlitzen (44, 46) (12),
Stanzen einer äußeren Aluminiumschale (50) mit mehreren Schlitzen (52, 54) (14),
Stanzen mehrerer Aluminiumturbinenschaufeln (26), die Laschen (28,30, 32, 34) aufweisen,
Einsetzen der Laschen (28, 30, 32, 34) der Turbinenschaufeln in die Schlitze (44, 46, 52, 54) der inneren (40) und der äußeren (50) Schale (20),
Biegen der Laschen (28, 30, 32, 34), um die Turbinenschaufeln (26) an der inneren (40) und der äußeren (50) Schale anzubringen (20), und
Löten der Turbinenschaufeln (26) an die innere (40) und die äußere (50) Schale, wodurch ein Turbinenrad mit ausreichender Festigkeit gebildet wird, um in dem Kraftflussverlauf eines Kraftfahrzeuggetriebes, das Getriebeöl als Arbeitsfluid verwendet, zu arbeiten (22, 24).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein gelötetes und gestanztes Aluminiumturbinenrad für einen Kraftfahrzeug-Drehmomentwandler.
In einem typischen Kraftfahrzeuggetriebe wird eine Fluidkupplung oder ein Drehmomentwandler dazu verwendet, Kraft von dem Motor auf das Getriebe zu übertragen. Ein typischer Drehmomentwandler umfasst ein Pumpenrad, das mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist, und ein Turbinenrad, das mit der Antriebswelle des Getriebes verbunden ist. Das Pumpenrad und das Turbinenrad sind einander zugewandt in einem gemeinsamen, mit Getriebefluid gefüllten Gehäuse montiert. Das Pumpenrad und das Turbinenrad umfassen eine Reihe von Stegen oder Schaufeln, die um eine zentrale Achse herum rotieren. Bei arbeitendem Motor rotiert die Kurbelwelle das Pumpenrad, wodurch bewirkt wird, dass das in dem Gehäuse enthaltene Fluid zirkuliert. Das sich bewegende Fluid trifft auf die Schaufeln des Turbinenrades, wodurch dieses in Rotation versetzt wird. Das rotierende Turbinenrad verleiht der Antriebswelle des Getriebes eine Drehbewegung.
Der Drehmomentwandler unterscheidet sich von einer Fluidkopplung darin, dass dieser die Drehmomentübertragung vervielfacht. Dies wird erzielt, indem ein Leitrad zwischen dem Turbinenrad und dem Pumpenrad angeordnet wird, um die Strömung des von dem Turbinenrad zurückkehrenden Fluides zu steuern. Das Leitrad umfasst eine Reihe von Schaufeln, die das Fluid derart umlenken, dass es auf die Schaufeln des Pumpenrades unter einem Winkel auftrifft, der eine Drehung des Pum penrades fördert. Dementsprechend wird etwas von der Energie des sich bewegenden Fluides auf das Pumpenrad zurückgeführt.
Da das Turbinenrad in dem Kraftflussverlauf des Fahrzeugtriebstranges arbeitet, muss es eine beträchtliche konstruktive Stabilität aufweisen, um den Drehmomentanforderungen standzuhalten. Dementsprechend werden Turbinenräder von Drehmomentwandlern typischerweise aus gestanztem Stahl hergestellt, um die benötigte Festigkeit bereit zu stellen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Turbinenrad für einen Drehmomentwandler bereit, welches eine innere Schale, eine äußere Schale und Turbinenschaufeln umfasst, die gestanzte Aluminiumbauteile sind und mit einem Siliziumwerkstoff zusammen gelötet oder hartgelötet sind, um einen leichten, hochfesten Aufbau bereit zu stellen.
Im Besonderen stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten Turbinenrades für einen Drehmomentwandler eines Kraftfahrzeuggetriebes bereit mit den Schritten: (A) Stanzen einer inneren Aluminiumschale mit mehreren Schlitzen, (B) Stanzen einer äußeren Aluminiumschale mit mehreren Schlitzen, (C) Stanzen mehrerer Aluminiumturbinenschaufeln, die Laschen aufweisen, (D) Einsetzen der Laschen der Turbinenschaufeln in die Schlitze der inneren und der äußeren Schale, (E) Biegen der Laschen, um die Turbinenschaufeln an der inneren und der äußeren Schale anzubringen, und (F) Löten der Turbinenschaufeln an die innere und die äußere Schale, wodurch ein Turbinenrad mit ausreichender Festigkeit zum Betrieb im Kraftflussverlauf eines Kraftfahrzeuggetriebes unter Verwendung von Getriebeöl als Arbeitsfluid gebildet wird.
Der Lötschritt umfasst vorzugsweise ein Löten in einem Ofen mit kontrollierter Atmosphäre zwischen annähernd 593°C und 649°C (1100°F und 1200°F) unter Verwendung eines Siliziumwerkstoffs, welcher im Voraus auf die Turbinenschaufeln abgeschieden wird. Alternativ können die Turbinenschaufeln an die innere und die äußere Schale durch einen Vakuumlötprozess gelötet werden.
Jede Schaufel umfasst vorzugsweise nur vier Laschen: zwei Laschen zur Anbringung an der inneren Schale und die beiden anderen Laschen zur Anbringung an der äußeren Schale.
Die Erfindung stellt auch ein hochfestes Turbinenrad für einen Drehmomentwandler eines Kraftfahrzeuggetriebes bereit, das wie oben beschrieben hergestellt ist, so dass es eine gestanzte innere Aluminiumschale mit mehreren Schlitzen, eine gestanzte äußere Aluminiumschale mit mehreren Schlitzen und mehrere Turbinenschaufeln umfasst, die jeweils Laschen aufweisen, die sich durch die Schlitze der inneren und der äußeren Schale hindurch erstrecken und umgebogen sind, um die Turbinenschaufeln an der inneren und der äußeren Schale anzubringen. Die Schaufeln umfassen einen Siliziumwerkstoff, der gelötet wird, um die Turbinenschaufeln mit der inneren und der äußeren Schale zu verbinden.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in diesen ist:
1 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Drehmomentwandlers,
2 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen ebenen Turbinenschaufelrohlings,
3 eine Draufsicht einer gestanzten Turbinenschaufel gemäß dem in 2 gezeigten Rohling,
4 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen gestanzten inneren Turbinenschale,
5 eine Schnittansicht, genommen entlang der Linie 5-5 von 4,
6 eine Draufsicht einer gestanzten äußeren Aluminiumschale für einen erfindungsgemäßen Drehmomentwandler,
7 eine Schnittansicht, genommen entlang der Linie 7-7 von 6,
8 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen zusammengesetzten und verlöteten Turbinenrades, und
9 eine entgegengesetzte Draufsicht des zusammengesetzten und verlöteten Turbinenrades von 8.
In 1 ist schematisch ein Verfahren 10 zur Herstellung eines hochfesten Turbinenrades für einen Drehmomentwandler eines Kraftfahrzeuggetriebes veranschaulicht. Das Verfahren wird anhand besonderer Schritte beschrieben, die nicht in einer besonderen Abfolge durchgeführt werden müssen. Wie es in 1 gezeigt ist, ist der erste Schritt (Schritt 12), eine innere Aluminiumschale mit darin befindlichen Schlitzen zu stanzen. Bei dem nächsten Schritt (Schritt 14) wird eine äußere Aluminiumschale mit darin befindlichen Schlitzen gestanzt. Ein Siliziumwerkstoff wird auf Aluminiumbleche (Rohlinge) abgeschieden oder in einer Aluminium-Silizium-Legierung ausgebildet (Schritt 16), und die Bleche werden gestanzt, um Turbinenschaufeln mit daran befindlichen Laschen zu bilden (Schritt 18). Danach werden die Laschen der Turbinenschaufeln in die Schlitze der inneren und der äußeren Schale eingesetzt, und die Laschen werden gebogen, um die Turbinenschaufeln an der inneren und der äußeren Schale zu befestigen (Schritt 20). Dann wird ein (Hart-)Lötprozess dazu verwendet, zu bewirken, dass sich das Silizium mit dem Aluminium der inneren und der äußeren Schale und den Turbinenschaufeln verbindet. Der Lötprozess kann ein Löten mit kontrollierter Atmosphäre (Schritt 22) oder ein Vakuumlötprozess (Schritt 24) sein. Das bevorzugte Lötverfahren, nämlich das Löten in kontrollierter Atmosphäre, wird später beschrieben.
Die 2 und 3 veranschaulichen eine beispielhafte Turbinenschaufel zur Verwendung mit einem Turbinenrad gemäß der Erfindung. Die Turbinenschaufel 26 geht von einem in 2 gezeigten ebenen Rohling aus und umfasst äußere Schalenanbringungslaschen 28, 30 und innere Schalenanbringungslaschen 32, 34. 3 zeigt eine Draufsicht der Turbinenschaufel 26 nach dem Stanzen. Die Turbinenschaufel 26 weist eine äußere gekrümmte Fläche 36 auf, die derart gestaltet ist, dass sie an der äußeren Schale des Turbinenrades anliegt, und eine innere gekrümmte Fläche 38, die derart gestaltet ist, dass sie an der inneren Schale der Turbine anliegt. Diese Flächen 36, 38 können im Voraus mit einer Aluminium-Silizium-Legierung beschichtet werden, so dass sich die Flächen während des nachstehend beschriebenen Lötprozesses mit der inneren und der äußeren Schale verbinden. Die Laschen 28, 30, 32, 34 sind derart ausgestaltet, dass sie durch die Schlitze in der inneren und der äußeren Schale hindurch eingesetzt und danach gebogen werden können, um die Turbinenschaufeln an der inneren und der äußeren Schale zu befestigen. Die Turbinenschaufel besteht vorzugsweise aus einem SAE 0333 Aluminiumwerkstoff oder einem SAE 3003 Aluminiumwerkstoff.
Die 4 und 5 veranschaulichen eine gestanzte innere Schale 40 in einer Draufsicht bzw. in einer Schnittansicht. Die gestanzte innere Schale bildet eine Anordnung in der Form eines halben Torus mit einer Außenfläche 42, die derart gestaltet ist, dass sie an der inneren gekrümmten Fläche 38 der Turbinenschaufeln 26 anliegt. Die innere Schale 40 umfasst innere und äußere Reihen von Schlitzen 44, 46, die um diese herum ausgebildet sind. Die innere Reihe von Schlitzen 44 ist derart gestaltet, dass sie die inneren Schalenanbringungslaschen 34 der Turbinenschaufeln 26 aufnimmt, und die äußere Reihe von Schlitzen 46 ist derart gestaltet, dass sie die inneren Schalenanbringungslaschen 32 der Turbinenschaufeln 26 aufnimmt. Die innere Schale 40 besteht vorzugsweise aus einem SAE 3003 Aluminiumwerkstoff.
Die 6 und 7 zeigen jeweils in einer Draufsicht bzw. in einer Schnittansicht die äußere Schale 50 des Turbinenrades. Die äußere Schale 50 umfasst innere und äußere Reihen von Schlitzen 52, 54. Die innere Reihe von Schlitzen 52 ist derart gestaltet, dass sie die äußeren Schalenanbringungslaschen 30 der Turbinenschaufeln 26 aufnimmt, und die äußere Reihe von Schlitzen 54 ist derart gestaltet, dass sie die äußeren Schalenanbringungslaschen 28 der Turbinenschaufeln 26 aufnimmt. Die äußere Schale 50 umfasst auch eine innere Fläche 56, die an der äußeren gekrümmten Fläche 36 jeder Turbinenschaufel 26 anliegt, und wird mit dieser durch den nachstehend beschriebenen Lötarbeitsgang verbunden. Die äußere Schale besteht vorzugsweise aus einem SAE 6061 Aluminiumwerkstoff.
Wie es in den 6 und 7 gezeigt ist, umfasst die äußere Schale 50 auch eine zentrale Öffnung 58 und einen Nabenabschnitt 60 mit Öffnungen 62, die ausgestaltet sind, Niete zur Anbringung des Turbinenrades an der Nabe einer Getriebeantriebswelle aufzunehmen.
Wie es in 6 in gestrichelten Linien gezeigt ist, kann die äußere Schale 50 auch eine mittlere Reihe von Schlitzen 64 umfassen, um eine zusätzliche Lasche an den Turbinenschaufeln aufzunehmen. Die mittlere Reihe von Schlitzen 64 und die zusätzliche Lasche der Turbinenschaufeln muss wegen der beträchtlichen konstruktiven Festigkeit, die durch den Lötprozess bereitgestellt wird, nicht notwendig sein.
Nachdem die Laschen 28, 30, 32, 34 durch die Schlitze 44, 46, 52, 54 hindurch eingesetzt worden sind, werden die Laschen gebogen oder durch Walzen umgelegt.
Die 8 und 9 zeigen jeweils getriebeseitige bzw. motorseitige Draufsichten des fertigen Turbinenradaufbaus 70. In 8 sind die gebogenen Anbringungslaschen 28, 30 für die äußere Schale sichtbar, welche die äußere Schale 50 an den Turbinenschaufeln 26 anbringen. In 9 sind die gebogenen Anbringungslaschen 32, 34 für die innere Schale sichtbar, die die innere Schale 40 an den Turbinenschaufeln 26 anbringen. Die 8 und 9 zeigen auch die Nabe 72, die an der Antriebswelle des Getriebes angebracht ist.
Eine stützende Beschreibung in Bezug auf den Laschen- und Schlitz-Aufbau eines Turbinenrades für einen Drehmomentwandler sowie des Gesamtturbinenradaufbaus ist in den US-Patenten mit den Nummern 5 282 362 A , 5 109 604 A , 5 113 654 A und 5 465 575 A zu finden, deren Offen barungsgehalt hierin jeweils durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist.
Sobald der Laschen- und Schlitz-Aufbau des Turbinenrades fertig gestellt worden ist, wird der Lötprozess eingeleitet.
Die Turbinenschaufeln werden vorzugsweise mit einer Siliziumbeschichtung auf der Fläche der Schaufeln versehen. Während des Ofenlötens schmilzt das Silizium und wird durch Kapillarwirkung enlang der Umfangsränder der inneren und äußeren gekrümmten Flächen 36, 38 der Schaufeln gezogen. Der Siliziumwerkstoff ist vorzugsweise in einer Aluminium-Silizium-Legierung, die 7% bis 12% Silizium enthält, vorgesehen. Beispielhaft sind die Prozesse des Lötens mit kontrollierter Atmosphäre und des Vakuumlötens in The Metals Handbook, Ninth Edition, American Society for Metals, 1983 beschrieben. Wie es darin gezeigt ist, können Aluminiumwerkstoffe, wie etwa 6061- und 3003-Knetlegierungen zwischen ungefähr 593°C und 649°C (1100°F und 1200°F) gelötet werden. Die Silizium-Füllmetalle für das Löten des Aluminiums sind im Handel erhältlich. Niedrigere Schmelzpunkte können erhalten werden, indem Kupfer und Zink hinzugefügt werden. Füllmetalle für das Vakuumlöten von Aluminium enthalten gewöhnlich Magnesium.
Wie es in dem oben genannten The Metals Handbook erwähnt ist, müssen vor dem Lötarbeitsgang Öl und Fett von den Bauteilen des zu lötenden Turbinenradaufbaus entfernt werden, um Abdeckeffekte zu beseitigen. Für nicht wärmebehandelbare Legierungen ist gewöhnlich ein Reinigen mit Dampf oder Lösungsmittel geeignet, obwohl manchmal ein chemisches Reinigen erforderlich sein kann. Für wärmebehandelbare Legierungen ist gewöhnlich ein chemisches Reinigen notwendig, um das Ausmaß eines hartnäckigen Oxidfilms zu verringern. Vor dem Löten zur Reinigung verwendete Chemikalien umfassen Stickstoffsäure, Fluorwasserstoffsäure oder Stickstoff-Fluorwasserstoff-Säuregemische bei Raumtemperatur. Ein weitläufig verwendetes Verfahren ist das Eintauchen in eine Lösung, die gleiche Teile handelsübliche Stickstoffsäure und Wasser enthält, für ungefähr 30 Sekunden und anschließendes Spülen in klarem Wasser und Trocknen in heißer Luft.
Aluminium-Silizium-Legierungen erfordern ein spezielles Ätzmittel, da der Siliziumbestandteil durch viele alkalische oder saure Lösungen nicht ohne weiteres angegriffen wird.
Für die besten Ergebnisse sollte das Löten innerhalb von 48 Stunden nach dem Reinigen vorgenommen werden. Wenn Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden, um ihre Verunreinigung zu verhindern, verlieren aber angemessen saubere Bauteile ihre Lötqualitäten auch in einigen Wochen nicht.
Ein Ofenlötprozess zum Löten in einem Atmosphärenofen ist ausführlich in dem oben erwähnten Metals Handbook, Ninth Edition, beschrieben, von dem einiges hierin wiedergegeben wird. Löten in einem Atmosphärenofen ist ein Verfahren mit hoher Produktivität, das minimales Training und Können der Bediener erfordert. Die Produktionsraten können beträchtlich höher und die Kosten niedriger sein als für das Löten mit dem Schweißbrenner. Der Atmosphärenofen umfasst typischerweise elektrische Heizelemente und Röhren zur direkten Verbrennung und Abstrahlung. Öfen sind im Allgemeinen feuerfest ausgekleidet, obwohl derartige Auskleidungen mit Flussmittelbestandteilen gesättigt werden. Die Temperatur in der Lötzone muss gleichmäßig innerhalb +/– 5,5°C (+/– 10°F) liegen. Eine Zirkulation der Atmosphäre, vorzugsweise mit Prall- oder Leitplatten, ist erforderlich, um lokale Wärmeschwankungen zu verhindern und die maximale Temperaturanstiegsrate zu erhalten.
Ein Flussmittelschlamm kann auf die Turbinenschaufeln durch Eintauchen, Bürsten oder Sprühen aufgetragen werden. Leitungswasser, destilliertes Wasser oder deionisiertes Wasser kann als Vehikel dienen, wobei Leitungswasser frei von Schwermetallen sein sollte, da diese eine anschließende Korrosion hervorrufen können. Da sich Wasserstoff entwickeln kann, wenn nasses Flussmittel auf Aluminiumteilen erwärmt wird, müssen geschlossene Anordnungen entlüftet werden. Eine Gaserzeugung kann reduziert werden, indem das Flussmittel auf dem Teil vor dem Löten getrocknet wird. Das Mischen des Flussmittels mit Alkohol anstelle von Wasser beschleunigt die Trocknung, aber die Dämpfe aus dem Alkohol müssen abgeleitet werden.
Normalerweise wird Umgebungsluft oder chemisch inertes Gas als Ofenatmosphäre verwendet. Eine trockene Atmosphäre, die aus den Verbrennungsprodukten von Brennstoff besteht, kann manchmal die benötigte Flussmittelmenge verringern. Zum Löten von Aluminium an andere Metalle ist eine inerte, trockene Atmosphäre besonders vorteilhaft.
Ein kontinuierliches Ofenlöten erfordert es, dass die Öfen in mehrere fortschreitende Erwärmungszonen unterteilt sind, um die Erwärmungsgeschwindigkeit und Fügequalität zu verbessern und Verwölbung zu verringern. Ein Ofentakt von 15 Minuten oder weniger ist wünschenswert. Bei automatisierten Arbeitsabläufen benötigt die Lötzone gewöhnlich eine Laufzeit von zwei bis drei Minuten für Aufbauten mit mittlerer Größe.
Hinter dem Heizabschnitt des Ofens sollten 1 bis 5 Minuten Förderbandbewegung in einer nicht erwärmten Zone vorhanden sein, damit sich das Füllmetall verfestigen kann. Direkt anschließen sollte ein Gebläsewind, ein Heißwassersprühnebel (82°C bis 100°C (180°F bis 212°F)) oder ein Abschrecken mit kochendem Wasser, das den Prozess des Entfernens des Flussmittels beginnt. Für die wärmebehandelbaren Legierungen erlaubt ein Abschrecken mit Wasser nach dem Löten eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften insbesondere dann, wenn an den Teilen im Anschluss eine Alterungsbehandlung vorgenommen wird.
Bei dieser Erfindung wurde erstmalig erkannt, dass Aluminiumstanzteile für Turbinenschaufeln und -schalen ofengelötet werden können, um einen Turbinenradaufbau zu schaffen, der eine Festigkeit und Steifigkeit besitzt, um den Drehmoment- und Lastspielanforderungen innerhalb des hydrodynamischen Drehmomentwandlers in einem Kraftfahrzeug standzuhalten. Dies führt zu einem Produkt, das niedrigere Herstellungskosten, die zu dem Laschen-und-Schlitz-Aufbau gehören, und eine niedrigere Aluminiummasse aufweist, was zu Einsparungen im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch und zu Leistungssteigerungen (wie etwa eine schnellere Beschleunigung auf mehr als 0–100 km/h (0–60 mph)) aufgrund der verringerten rotierenden trägen Masse führt. Die gestanzten Aluminiumturbinenschaufeln und die gestanzte innere und die gestanzte äußere Schale können die gleiche Größe und Dicke wie die Stahlaufbauten aus dem Stand der Technik aufweisen.
Es ist wünschenswert, dass die Lötung jegliche Spalte zwischen den Schaufellaschen und Schlitzen füllt, wodurch der Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers potentiell verbessert wird, indem eine Leckage in das Innere des Turbinenrades verhindert wird.
Vakuumlöten ist eine Alternative zu dem oben beschriebenen Lötprozess in kontrollierter Atmosphäre. Dieser Prozess ist wiederum in The Metals Handbook, Ninth Edition, American Society for Metals, 1983, beschrieben, von dem einiges hierin wiedergegeben wird.
Ein Vakuumlöten erlaubt es, dass Legierungen der Serien 1xxx, 3xxx, 5xxx, 6xxx und 7xxx unter Verwendung von (Hart-)Lotblechen der Zahl 7, 8, 13 oder 14 gelötet werden können, die mit 4004-Füllmetall beschichtet sind. Wenn zusätzliches Füllmetall erforderlich ist, kann auch 4004 in Draht- und Blechform eingeleitet werden.
Kaltwand-Vakuumöfen mit elektrischen Widerstandsstrahlungsheizungen sind für das Aluminiumvakuumlöten zu empfehlen. Es werden Öfen vom Chargentyp und halbkontinuierliche Öfen verwendet. Das Vakuumpumpsystem sollte in der Lage sein, in fünf Minuten eine klimatisierte Kammer auf ein hohes Vakuum (ungefähr 1,33·10^–3 Pa (10^–5 Torr)) zu evakuieren. Für die meisten Anwendungen sind recheckige Kammern, die aus Warmwalzstahl hergestellt sind, geeignet. Die Temperaturverteilung innerhalb des zu lötenden Werkstücks sollte vernünftig gleichmäßig sein, idealerweise innerhalb +/– 2,5°C (+/– 5°F).
Die Bauteile werden gereinigt, gewöhnlich durch Dampfentfettung mit einem üblichen Lösungsmittel, wie etwa Perchlorethylen, zusammengebaut und in einer geeigneten Spannvorrichtung, die aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, geklemmt. Die Erwärmung des Aufbaus wird gleichzeitig mit dem Abpumpen der Öfen vom Chargentyp begonnen. Die durchschnittliche Zeit für das Erwärmen auf die Löttemperatur beträgt ungefähr 15 Minuten. Der Aufbau wird dann ungefähr 1 Minute auf der Löttemperatur gehalten. Wenn die Kammer mit chemisch inertem Gas hinterfüllt wird, kann der Aufbau bei Temperaturen von über 482°C (900°F) entnommen werden. Dann können wärmebehandelbare Legierungen abgeschreckt werden, und nicht wärmebehandelbare Legierungen können luftgekühlt werden. Der saubere, trockene, gelötete Aufbau ist zur weiteren Verarbeitung bereit, sobald er kalt ist.
Ein Löten in kontrollierter Atmosphäre ist ein weniger teurer Prozess als Vakuumlöten und ist daher bevorzugt. Korrosion ist belanglos, da der Turbinenradaufbau immer in Getriebefluid untergetaucht ist.
Die Masseeinsparungen, die in einem Probenturbinenrad eines Drehmomentwandlers mit 280 Millimetern realisiert wurden, betrugen 1,2 kg (2,4 Pfund) (im Vergleich mit einem Stahlturbinenrad), und die Verringerung der Trägheit des trockenen Turbinenrades betrug 55%. Ferner führte die Laschen-und-Schlitz-Konstruktion zu einer gewissen Leckage von der Außenseite zur Innenseite des Torus (Arbeitsfluid) durch schmale Spalte, an denen die Laschen in die Schlitze eintreten. Der Fluidprozess kann diese Spalte teilweise füllen, um eine derartige Leckage zu verhindern, wodurch eine Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit von 0,5–1% geschaffen wird.
Die Erfindung stellt ein hochfestes, gestanztes, gelötetes Aluminiumturbinenrad zur Verwendung in einem Drehmomentwandler eines Kraftfahrzeuggetriebes und ein Verfahren dafür bereit. Das Verfahren umfasst das Stanzen von inneren und äußeren Aluminiumschalen, die jeweils mehrere Schlitze aufweisen, und das Stanzen mehrerer Aluminiumturbinenschaufeln, die Laschen aufweisen. Die Laschen der Turbinenschaufeln werden in die Schlitze der inneren und der äußeren Schale eingesetzt, und die Laschen werden gebogen, um die Turbinenschaufeln an der inneren und der äußeren Schale anzubringen. Die Turbinenschaufeln werden an die innere und die äußere Schale mit einem Siliziumwerk stoff gelötet, wodurch eine Turbine mit einer ausreichenden Festigkeit gebildet wird, die in dem Kraftflussverlauf eines Kraftfahrzeuggetriebes, das Getriebeöl als Arbeitsfluid verwendet, arbeiten kann.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines hochfesten Turbinenrades für den Drehmomentwandler eines Kraftfahrzeuggetriebes, umfassend: Stanzen einer inneren Aluminiumschale (40) mit mehreren Schlitzen (44, 46) (12), Stanzen einer äußeren Aluminiumschale (50) mit mehreren Schlitzen (52, 54) (14), Stanzen mehrerer Aluminiumturbinenschaufeln (26), die Laschen (28,30, 32, 34) aufweisen, Einsetzen der Laschen (28, 30, 32, 34) der Turbinenschaufeln in die Schlitze (44, 46, 52, 54) der inneren (40) und der äußeren (50) Schale (20), Biegen der Laschen (28, 30, 32, 34), um die Turbinenschaufeln (26) an der inneren (40) und der äußeren (50) Schale anzubringen (20), und Löten der Turbinenschaufeln (26) an die innere (40) und die äußere (50) Schale, wodurch ein Turbinenrad mit ausreichender Festigkeit gebildet wird, um in dem Kraftflussverlauf eines Kraftfahrzeuggetriebes, das Getriebeöl als Arbeitsfluid verwendet, zu arbeiten (22, 24).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Löten einen Lötprozess in kontrollierter Atmosphäre (22) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Löten ein Löten mit einem Siliziumwerkstoff umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Löten ein Vakuumlöten (24) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Löten zwischen ungefähr 593°C und 649°C (1100°F und 1200°F) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Silizium vor dem Löten auf die Schaufeln (26) in einer Aluminium-Silizium-Legierung abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schaufel (26) nur vier Laschen (28, 30, 32, 34) umfasst: zwei Laschen (32, 34) zur Anbringung an der inneren Schale (40) und die anderen beiden Laschen (28, 30) zur Anbringung an der äußeren Schale (50).
Verfahren zum Herstellen eines hochfesten Turbinenrades für einen Drehmomentwandler eines Kraftfahrzeuggetriebes, umfassend: Stanzen einer inneren Aluminiumschale (40) mit mehreren Schlitzen (44, 46) (12), Stanzen einer äußeren Aluminiumschale mit mehreren Schlitzen (52, 54) (14), Stanzen mehrerer Aluminiumturbinenschaufeln (26), die jeweils zwei Laschen (28, 30, 32, 34) aufweisen, und Abscheiden eines Siliziumwerkstoffes auf die Schaufeln (26) (18), Einsetzen von einer der beiden Laschen (32, 34) jeder Schaufel (26) in einen Schlitz (44, 46) an der inneren Schale (40) und der anderen Lasche (28, 30) in einen Schlitz (52, 54) an der äußeren Schale (50) (20), Biegen der Laschen (28, 30, 32, 34), um die Turbinenschaufeln (26) an der inneren (40) und der äußeren Schale (50) anzubringen (20), und Löten der Turbinenschaufeln (26) an die innere (40) und die äußere (50) Schale in einem Ofen in kontrollierter Atmosphäre zwischen ungefähr 593°C und 649°C (1100°F und 1200°F), wodurch ein Turbinenrad mit ausreichender Festigkeit gebildet wird, um in dem Kraftflussverlauf eines Kraftfahrzeuggetriebes, das Getriebeöl als Arbeitsfluid verwendet, zu arbeiten (22).
Hochfestes Turbinenrad für einen Drehmomentwandler eines Kraftfahrzeuggetriebes, umfassend: eine gestanzte innere Aluminiumschale (40) mit mehreren Schlitzen (44, 46), eine gestanzte äußere Aluminiumschale (50) mit mehreren Schlitzen (52, 54), mehrere Aluminiumturbinenschaufeln (26), die jeweils Laschen (28, 30, 32, 34) aufweisen, die sich durch die Schlitze (44, 46, 52, 54) der inneren (40) und der äußeren Schale (50) hindurch erstrecken und umgebogen sind, um die Aluminiumturbinenschau feln (26) an der inneren (40) und der äußeren Schale (50) anzubringen, und wobei die Aluminiumturbinenschaufeln (26) einen Siliziumwerkstoff umfassen, der gelötet ist, um die Aluminiumturbinenschaufeln (26) mit der inneren (40) und der äußeren Schale (50) zu verbinden.
Hochfestes Turbinenrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schaufel nur vier Laschen (28, 30, 32, 34) umfasst: zwei Laschen (32, 34) zur Anbringung an der inneren Schale (40) und die anderen beiden Laschen (28, 30) zur Anbringung an der äußeren Schale (50).